Ziel der Forschung war es ursprünglich, die Zusammensetzung der Scheibe des Sterns „PDS 70“, den auch zwei Gasriesenplaneten im äußeren Bereich der Scheibe umkreisen, zu untersuchen. Auch wenn es vorher Hoffnung gegeben habe, einmal Erkenntnisse über den Gehalt von Wasser in einer inneren Region einer Scheibe dieser Art zu erhalten – nämlich dort, wo Gesteinsplaneten wie die Erde entstehen -, sei der nun erstmalig erbrachte Beweis für Wasser in dieser Region eher ein spannender Zufallsfund, sagte der beteiligte Astronom Manuel Güdel von der Universität Wien. Die Studie um die Hauptautorin Giulia Perotti vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg ist in der Fachzeitschrift „Nature“ erschienen.
Entgegen bisheriger Thesen
Noch ist nicht geklärt, wie Wasser auf die Erde oder erdähnliche Exoplaneten gelangt ist. „Wasser an sich gibt es im Universum überall“, so Mitautor Güdel. Das Besondere sei, dass die Scheibe des jungen Sterns „PDS 70“ mit 5,4 Millionen Jahren relativ alt sei und Planeten forme.
Gerade in der Sternenumgebung ist Wasser sehr anfällig, auch wieder zu verschwinden. Die harte Strahlung des Sterns im Zentrum der Scheibe sowie die ersten größeren Planeten an ihrem Rand würden, so bisherige Thesen, dem prinzipiellen Wassernachschub ins Innere der Scheibe entgegenwirken und eher zur schnellen Auflösung genau jener Region, in der die Astronomie die Bildung erdähnlicher Planeten erwartet, führen. Es könnten sich damit oft eher nur kleine trockene Planeten in Form von Gesteinskörpern bilden.
Erklärung der „Wasserasteroiden“
Gasplaneten bilden sich um die jungen Sterne „relativ schnell“, so der Wiener Forscher, also in den ersten ein bis drei Millionen Jahren. Die Gesteinsplaneten wachsen häufig eher langsam und im Anschluss an die Gasplanetenbildung.
Eine bisherige Annahme war, dass die jungen Gesteinsplaneten erst zu einem späteren Zeitpunkt mit Wasser über das Bombardement wasserhaltiger Asteroiden, die sich im Außenbereich der Scheibe bilden, versorgt würden – so wie sich auch in unserem Sonnensystem etwa im Bereich des Planeten Neptun Kometen und andere Kleinkörper bilden, die in ihrer Umlaufbahn gestört werden und als wasserreiche Objekte dann ins Innere des Systems abgelenkt werden.
„Wir haben jetzt möglicherweise Beweise dafür gefunden, dass Wasser einer der frühesten Bestandteile von Gesteinsplaneten sein könnte und bereits bei ihrer Geburt vorhanden ist“, so Perotti laut Aussendung. Damit könne es auch sein, ergänzte Güdel, dass auch die Erde in ihrer Entstehungsphase trotz der Anwesenheit der Gasplaneten Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem „wohl nicht vom Wassernachschub abgetrennt war“.
Unklar, woher Wasser stammt
Das von dem Team mit Hilfe des „Webb Space Telescope“ entdeckte Wasser um „PDS 70“ tritt in Form von heißem Dampf mit einer Temperatur von 330 Grad Celsius (600 Kelvin) auf. Es gibt noch keine Hinweise auf Planeten in der Nähe des Zentrums der „PDS 70“-Scheibe; die zwei Gasriesenplaneten in ihrem äußeren Bereich wurden vor einigen Jahren entdeckt. Als Quelle für das Wasser im Innern der Scheibe des jungen Sterns nehmen die Forscherinnen und Forscher an, dass das Wasser ein Überbleibsel eines ursprünglichen wasserreichen Nebels sein könnte, der dem Scheibenstadium vorausging.
Oder, als zweite Möglichkeit, könnte es von Gas abstammen, das von den äußeren Rändern der Scheibe des jungen Sterns einströmt, wobei sich unter bestimmten Umständen Wasserdampf aus einer Verbindung von Sauerstoff- und Wasserstoffgas bilden kann. Die Wahrheit liege vermutlich in einer Kombination aus beiden Möglichkeiten, so Perotti. Einer der Mechanismen könne aber entscheidend sein – welcher, sei noch zu klären.
Bessere Daten durch „Webb“-Teleskop
Ein Ziel des Forschungsteams ist nun herauszufinden, wie häufig Wasser in den planetenbildenden Zonen der entwickelten Scheiben um junge Sterne vorkommt und ob daraus eine allgemeingültige Erklärung abgeleitet werden kann, sagte Güdel. Auch versprechen künftig noch bessere, rechenintensivere Modelle, über das vom „James Webb“-Teleskop empfangene Strahlungsspektrum mit den Wassersignaturen auch die Quantität des vorhandenen Wassers genauer einschätzen zu können.
Für die Bildung erdähnlicher Planeten brauche es jedenfalls ein gutes Mittelmaß an vorhandenem Wasser. So viel, dass sich etwa auch Ozeane auf Gesteinsplaneten bilden können, aber nicht zu viel, sodass die biologische Entwicklung funktioniert, meinte Güdel.